JP2018192487A - Slide mechanism - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、摺動機構に関する。更に詳細には、本発明は、摺動機構及び逐次成形方法に関する。 The present invention relates to a sliding mechanism. More specifically, the present invention relates to a sliding mechanism and a sequential molding method.
従来、金属又は非金属の板材から、輪郭が複雑で広い面積の底部を有したり、さらには側壁部が垂直ないしそれに近い角度を有していたりする、大型な立体製品を高精度に成形することができる比較的簡単な構造のダイレスフォーミング装置が提案されている（特許文献１参照。）。 Conventionally, a large three-dimensional product is formed with high accuracy from a metal or non-metal plate material, which has a complicated contour and a wide bottom, and the side wall has a vertical or close angle. There has been proposed a dieless forming apparatus having a relatively simple structure (see Patent Document 1).
このダイレスフォーミング装置は、工具セットと、工具セットと協働する押圧機構と、工具セットと押圧機構を全体としてＸ軸、Ｙ軸及びＺ軸方向に移動させるための複数の数値制御型の駆動装置と、を備えている。 The dieless forming apparatus includes a tool set, a pressing mechanism that cooperates with the tool set, and a plurality of numerical control type driving devices for moving the tool set and the pressing mechanism in the X-axis, Y-axis, and Z-axis directions as a whole. And.
そして、工具セットは、基台、固定押圧機構、板材保持機構及び板材押さえ機構を備えている。固定押圧機構は、基台の上に設けられており、基台から立設された脚体と、成形すべき製品の底面輪郭に合致する平面形状を有し脚体の頂部に取り付けられた天板型とを有している。板材保持機構は、基台に配置された複数本の支柱と、天板型を囲む窓穴を有し、かつ、支柱を介してＺ軸方向に移動可能な支持板と、基台に固定され支持板に出力端部が連結された少なくとも一対の昇降用アクチュエータを有している。板材押さえ機構は、板材の周縁を支持板とで板厚方向に挟持する枠状の押さえ板と、この押さえ板による板材周縁部の押さえ力を可変に制御するための押さえ用アクチュエータを有している。 The tool set includes a base, a fixed pressing mechanism, a plate material holding mechanism, and a plate material pressing mechanism. The fixed pressing mechanism is provided on the base, has a leg standing from the base, and a ceiling attached to the top of the leg having a planar shape that matches the bottom contour of the product to be molded. Plate type. The plate material holding mechanism has a plurality of support columns arranged on the base, a support hole that has a window hole surrounding the top plate mold, and is movable in the Z-axis direction via the support, and is fixed to the base. It has at least a pair of lifting actuators whose output ends are connected to the support plate. The plate material pressing mechanism has a frame-shaped pressing plate that sandwiches the periphery of the plate material with the support plate in the plate thickness direction, and a pressing actuator for variably controlling the pressing force of the peripheral portion of the plate material by the pressing plate. Yes.
また、押圧機構は、板材保持機構よりも上方に配されている。押圧機構は、板材の上面に接し天板型と協働して製品形状を成形するための押圧工具部を先端に有している。 The pressing mechanism is arranged above the plate material holding mechanism. The pressing mechanism has a pressing tool portion at the tip that is in contact with the upper surface of the plate material and forms a product shape in cooperation with the top plate mold.
さらに、複数の数値制御型の駆動装置は、押圧工具部を天板型の周りで製品形状に合致した移動経路で移動させ、かつ、天板型に対して押圧機構と支持板とを板材の板厚方向に相対的に移動させる。 Further, the plurality of numerical control type driving devices move the pressing tool portion around the top plate mold along a movement path that matches the product shape, and the pressing mechanism and the support plate are moved to the top plate mold. Move relatively in the thickness direction.
そして、このダイレスフォーミング装置においては、押圧機構が棒状をなしており、押圧工具部がフリー回転可能な球体からなっている態様を含み、さらには球体に対して潤滑剤を供給する注油穴を有している態様を含んでいる。 In this dieless forming apparatus, the pressing mechanism has a rod-like shape, and the pressing tool portion includes a freely rotatable sphere, and further includes an oiling hole for supplying a lubricant to the sphere. The aspect which is doing is included.
このようなダイレスフォーミング装置においては、押圧工具部が板材を押圧しながら等高線上を移動する際に板材との摩擦で球体が回転し、板材との関係が滑り摩擦でなく転がり摩擦の関係となる。これにより、摩擦係数と発熱が抑制されるため、成形速度を早くすることができると共に、スプリングバックを抑制することができる。 In such a dieless forming apparatus, when the pressing tool unit moves on the contour line while pressing the plate material, the sphere rotates due to friction with the plate material, and the relationship with the plate material is not sliding friction but rolling friction. . Thereby, since a friction coefficient and heat_generation | fever are suppressed, while being able to make a shaping | molding speed fast, a spring back can be suppressed.
また、このようなダイレスフォーミング装置においては、押圧機構による成形部位に常に潤滑液が供給されて回収される循環式の潤滑・冷却系が構成される。このため、例えば、０．３ｍ／ｓを超える高速成形時において、ステンレス材に生じやすい凝着が防止され、また、アルミニウム材においては割れの発生が防止され、０．３ｍ／ｓ以上の高速成形も可能となる。 In addition, in such a dieless forming apparatus, a circulation type lubrication / cooling system is configured in which a lubricating liquid is always supplied to and recovered from a molding portion by a pressing mechanism. For this reason, for example, during high-speed molding exceeding 0.3 m / s, adhesion that tends to occur in stainless steel is prevented, and cracking is prevented in aluminum, and high-speed molding of 0.3 m / s or more is prevented. Is also possible.
しかしながら、特許文献１に記載されたダイレスフォーミング装置においては、量産化に伴う逐次成形の高速化によって工具の寿命が縮まってしまうという問題点があった。
However, the dieless forming apparatus described in
本発明は、このような従来技術の有する課題に鑑みてなされたものである。そして、本発明は、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることによって、工具の寿命を延ばし得る摺動機構及び逐次成形方法を提供することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. An object of the present invention is to provide a sliding mechanism and a sequential forming method that can extend the life of the tool by reducing the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool.
本発明者らは、上記目的を達成するため鋭意検討を重ねた。その結果、逐次成形において用いられる摺動機構を、被成形金属板と、所定の潤滑油によって形成された潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する所定の工具と、を備えた構成とすることにより、上記目的が達成できることを見出し、本発明を完成するに至った。 The inventors of the present invention have made extensive studies in order to achieve the above object. As a result, the sliding mechanism used in the sequential forming includes a metal plate to be molded and a predetermined tool that press-molds the metal plate to be molded through a lubricating oil film formed by a predetermined lubricating oil. Thus, the inventors have found that the above object can be achieved and have completed the present invention.
本発明によれば、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることによって、工具の寿命を延ばし得る摺動機構及び逐次成形方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the sliding mechanism and sequential forming method which can extend the lifetime of a tool can be provided by reducing the friction coefficient between a to-be-formed metal plate and a tool.
以下、本発明の一実施形態に係る摺動機構及び逐次成形方法について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下で引用する図面の寸法比率は、説明の都合上誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。 Hereinafter, a sliding mechanism and a sequential molding method according to an embodiment of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. In addition, the dimension ratio of drawing quoted below is exaggerated on account of description, and may differ from an actual ratio.
図１は、逐次成形の概要を説明する断面図である。また、図２は、図１に示した摺動機構の包囲線ＩＩで囲んだ部分を模式的に示す断面図である。 FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the outline of sequential molding. FIG. 2 is a cross-sectional view schematically showing a portion surrounded by an encircling line II of the sliding mechanism shown in FIG.
図１及び図２に示すように、本実施形態の摺動機構１は、被成形金属板３０を３次元形状にする逐次成形において用いられる。そして、この摺動機構１は、被成形金属板３０と、潤滑油膜２０を介して被成形金属板３０を加圧成形する工具１０とを備えている。また、工具１０は、少なくとも摺動部１０ａ表面にダイヤモンドからなる被膜１１を有している。さらに、潤滑油膜２０は、親水基２３１を有する有機化合物２３を含有する潤滑油２１を含んでいる。なお、特に限定されるものではないが、図示例の潤滑油膜２０は、有機化合物における親水基２３１が被成形金属板３０に吸着されて形成される吸着膜２５を有している。
As shown in FIGS. 1 and 2, the
ここで、本発明において「ダイヤモンドからなる被膜」とは、摺動部表面で炭素原子の末端が水素で終端された水素終端ダイヤモンド被膜を意味する。特に限定されるものではないが、このような水素終端ダイヤモンド被膜は、例えば、水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって形成することができる。 Here, the “film made of diamond” in the present invention means a hydrogen-terminated diamond film in which carbon atoms are terminated with hydrogen on the surface of the sliding portion. Although not particularly limited, such a hydrogen-terminated diamond film can be formed by, for example, a chemical vapor deposition (CVD) method using a gas containing hydrogen.
上述のように、逐次成形において用いられる摺動機構を、被成形金属板と、潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する工具とを備え、工具が少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有し、潤滑油膜が親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油を含む構成とした。 As described above, the sliding mechanism used in the sequential forming includes a metal plate to be molded and a tool that press-molds the metal plate to be molded through a lubricating oil film, and the tool is made of diamond at least on the surface of the sliding portion. The lubricating oil film includes a lubricating oil containing an organic compound having a hydrophilic group.
そのため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることが可能となり、工具の寿命を延ばすことができる。特に限定されるものではないが、このような摺動機構は、例えば、逐次成形用工具自体や逐次成形用工具を備えた逐次成形装置において用いられる。なお、逐次成形における工具の移動速度は、特に限定されるものではない。例えば、０．３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓの高速度であってもよく、０．３ｍ／ｓ未満の低速度であってもよく、いずれの速度の逐次成形にも適用することができる。 Therefore, it is possible to reduce the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool, and to extend the tool life. Although not particularly limited, such a sliding mechanism is used in, for example, a sequential molding tool itself or a sequential molding apparatus provided with a sequential molding tool. In addition, the moving speed of the tool in sequential forming is not particularly limited. For example, it may be a high speed of 0.3 m / s to 5 m / s or a low speed of less than 0.3 m / s, and can be applied to sequential molding at any speed.
また、特に限定されるものではないが、このような摺動機構は、例えば、逐次成形方法において用いることもできる。 Further, although not particularly limited, such a sliding mechanism can be used in, for example, a sequential molding method.
つまり、図１及び図２に示すように、本実施形態の逐次成形方法は、工具１０と潤滑油２１とを用いて被成形金属板３０を３次元形状に逐次成形する。そして、この逐次成形方法は、被成形金属板３０と、潤滑油２１によって形成された潤滑油膜２０を介して被成形金属板３０を加圧成形する工具１０とを備えた摺動機構１を用いる。また、工具１０は、少なくとも摺動部１０ａ表面にダイヤモンドからなる被膜１１を有している。さらに、潤滑油２１は、親水基２３１を有する有機化合物２３を含有している。
That is, as shown in FIGS. 1 and 2, the sequential forming method of the present embodiment sequentially forms the
上述のように、工具と潤滑油とを用いて被成形金属板を逐次成形するに際し、被成形金属板と、所定の潤滑油によって形成された潤滑油膜を介して被成形金属板を加圧成形する所定の工具とを備えた摺動機構を用いることとした。 As described above, when forming a metal plate using a tool and lubricating oil, the metal plate is pressure-formed through the metal plate and a lubricating oil film formed with a predetermined lubricating oil. A sliding mechanism provided with a predetermined tool is used.
ここで、本発明において「所定の工具」とは、少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有する工具を意味する。 Here, the “predetermined tool” in the present invention means a tool having a coating made of diamond at least on the surface of the sliding portion.
また、本発明において「所定の潤滑油」とは、親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油を意味する。 In the present invention, the “predetermined lubricating oil” means a lubricating oil containing an organic compound having a hydrophilic group.
そのため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数を低減させることが可能となり、工具の寿命を延ばすことができる。なお、逐次成形方法における工具の移動速度は、特に限定されるものではない。例えば、０．３ｍ／ｓ〜５ｍ／ｓの高速度であってもよく、０．３ｍ／ｓ未満の低速度であってもよく、いずれの速度の逐次成形方法にも適用することができる。 Therefore, it is possible to reduce the coefficient of friction between the metal plate to be molded and the tool, and to extend the tool life. In addition, the moving speed of the tool in the sequential forming method is not particularly limited. For example, it may be a high speed of 0.3 m / s to 5 m / s or a low speed of less than 0.3 m / s, and can be applied to any speed sequential molding method.
上記の摺動機構や逐次成形方法の動作について図１及び図２を参照しながら具体的に説明する。 The operation of the sliding mechanism and the sequential molding method will be specifically described with reference to FIGS.
まず、特に限定されるものではないが、固定装置５０は、例えば、下側の固定具５１と、上側の可動具５３とを備えており、固定具５１及び可動具５３で被成形金属板３０の周囲を挟んだ状態にして被成形金属板３０を強固に保持している。なお、被成形金属板３０は、３次元形状に逐次成形される未成形部を有している。
First, although not particularly limited, the fixing
また、特に限定されるものではないが、工具１０は、例えば、棒状をなし、図示しない駆動装置により、摺動部１０ａを下向きにして保持される。
Further, although not particularly limited, the
さらに、特に限定されるものではないが、工具１０は、例えば、直交する３軸方向に移動可能である。
Further, although not particularly limited, the
また、特に限定されるものではないが、駆動装置には、例えば、多軸制御型ロボットや数値制御（ＮＣ）工作機などを用いることができる。ただし、工具の軸線を傾斜させる場合には、多軸制御型ロボットを用いることが好適である。 In addition, although not particularly limited, for example, a multi-axis control type robot or a numerical control (NC) machine tool can be used as the drive device. However, when tilting the axis of the tool, it is preferable to use a multi-axis control type robot.
さらに、特に限定されるものではないが、潤滑油膜２０は、例えば、未成形部の表面の少なくとも一部に配置されている。
Further, although not particularly limited, the lubricating
また、特に限定されるものではないが、潤滑油膜２０は、例えば、逐次成形をする前に、潤滑油２１を被成形金属板３０に塗布することによって形成してもよく、逐次成形をしながら、潤滑油２１を被成形金属板３０に塗布することによって形成してもよい。
Although not particularly limited, the lubricating
そして、特に限定されるものではないが、工具１０のダイヤモンドからなる被膜１１を有する摺動部１０ａは、例えば、潤滑油膜２０の表面を所定の移動経路に沿って移動しながら摺動する。また、特に限定されるものではないが、その摺動に際して、摺動部１０ａは、例えば、潤滑油膜２０を介して被成形金属板３０の未成形部を３次元形状に逐次成形するための圧力を被成形金属板３０の未成形部にかける。
And although it does not specifically limit, the sliding
図示例では、一部を破線で示した被成形金属板３０を凹状の３次元形状に成形するので、工具１０の移動経路は図中矢印Ｗで示すような周回経路になる。そして、周回毎に、工具１０の被成形金属板３０への押し込み量（前進量・下降量）及び移動経路を段階的に変位させる。この際、移動経路は、被成形金属板３０の中心側へ段階的に変位させる。
In the illustrated example, the
これにより、被成形金属板を板厚方向に次第に変形させて、凹状の３次元形状に成形することができる。 Thereby, a to-be-molded metal plate can be gradually deformed in the plate | board thickness direction, and can be shape | molded in a concave three-dimensional shape.
現時点においては、以下のようなメカニズムにより、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減したと考えている。 At present, it is considered that the friction coefficient between the metal sheet to be formed and the tool has been reduced by the following mechanism.
潤滑油膜を形成する潤滑油は、親水基を有する有機化合物を含有している。このような潤滑油は、被成形金属板に吸着されやすい。一方、このような潤滑油は、摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有する工具に殆ど吸着されない。これは、ダイヤモンドからなる被膜が、摺動部表面で炭素原子の末端が水素で終端された水素終端ダイヤモンド被膜であるためである。そして、被成形金属板と工具と潤滑油との間にこのような関係があると、被成形金属板と工具との間において、被成形金属板となじみがよい潤滑油膜が形成される。換言すれば、被成形金属板表面に安定的な潤滑油膜が形成される。 The lubricating oil that forms the lubricating oil film contains an organic compound having a hydrophilic group. Such lubricating oil is easy to be adsorbed on the metal sheet to be formed. On the other hand, such lubricating oil is hardly adsorbed by a tool having a diamond coating on the sliding surface. This is because the diamond film is a hydrogen-terminated diamond film having carbon atoms terminated with hydrogen on the sliding surface. And if there exists such a relationship between a to-be-formed metal plate, a tool, and lubricating oil, between the to-be-formed metal plate and a tool, the lubricating oil film which is familiar with a to-be-formed metal plate will be formed. In other words, a stable lubricating oil film is formed on the surface of the metal plate to be formed.
このようなメカニズムにより、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができるという効果が得られる。 With such a mechanism, the friction coefficient between the metal plate to be molded and the tool is reduced, and the effect that the tool life can be extended is obtained.
ただし、上記のメカニズム以外のメカニズムによって、上述のような効果が得られていたとしても、本発明の範囲に含まれることは言うまでもない。 However, it goes without saying that even if the above-described effect is obtained by a mechanism other than the above-described mechanism, it is included in the scope of the present invention.
また、特に限定されるものではないが、潤滑油膜２０は、有機化合物２３における親水基２３１が被形成金属板３０に吸着されて形成される吸着膜２５を有していることが好適である。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Although not particularly limited, the lubricating
なお、特に限定されるものではないが、親水基２３１を有する有機化合物２３は、潤滑油２１における相溶性が優れたものであることが好適である。
Although not particularly limited, it is preferable that the
さらに、特に限定されるものではないが、有機化合物２３における親水基２３１は、例えば、ヒドロキシル基及びカルボキシル基のいずれか一方又は双方を含むことが好適である。ヒドロキシル基やカルボキシル基など親水基は被成形金属板により吸着されやすい。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, the
また、特に限定されるものではないが、潤滑油２１における親水基２３１を有する有機化合物２３の含有割合は、例えば、５質量％以上であることが好適であり、１０質量％以上であることがより好適である。なお、親水基を有する有機化合物の含有割合１００質量％としてもよい。これにより、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜がより適切に形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, the content ratio of the
さらに、特に限定されるものではないが、例えば、親水基２３１を有する有機化合物２３は、合成エステル油を構成する合成エステルであることが好適である。なお、このような合成エステルは、例えば、ヒドロキシル基、カルボキシル基などの親水基２３１を有するものを適宜作製することができる。このような合成エステルの具体例としては、オレイン酸やステアリン酸などの高級脂肪酸モノグリセリド、ジグリセリドなどを挙げることができるが、これらに限定されるものではない。
Further, although not particularly limited, for example, the
また、特に限定されるものではないが、潤滑油２１における親水基２３１を有する有機化合物以外には、基油として天然油脂、鉱油、合成油などを含んでいてもよい。これらは１種を単独で適用してもよく、２種以上を混合して適用してもよい。更に添加剤として潤滑油に添加される各種添加剤を添加してもよい。
Moreover, although not specifically limited, in addition to the organic compound having the
さらに、特に限定されるものではないが、基油としては、例えば、天然油脂である植物油を適用することが好適である。天然油脂である植物油は、通常、脂肪酸とグリセリンとのトリグリセリドである。基油として植物油を適用する場合、基油として天然エステルを含み、親水基を有する化合物として合成エステルを含む、エステルからなる潤滑油とすることも可能である。 Furthermore, although not particularly limited, as the base oil, it is preferable to apply, for example, a vegetable oil that is a natural fat. Vegetable oil, which is a natural fat, is usually a triglyceride of fatty acid and glycerin. When vegetable oil is applied as the base oil, it is also possible to provide a lubricating oil composed of an ester containing a natural ester as the base oil and a synthetic ester as the compound having a hydrophilic group.
また、特に限定されるものではないが、このような潤滑油２１としては、協同油脂株式会社製のエアルーブＳ−３３ＫＴ（組成：エステル１００％（天然油脂（植物油）＋合成エステル油）、粘度（４０℃）：３３ｍｍ２／ｓ）を好適例として挙げることができる。なお、特に限定されるものではないが、この潤滑油２１は、例えば、鉱油を用いてエステルの含有割合を調整することもできる。
Further, although not particularly limited, as such a
さらに、特に限定されるものではないが、工具１０は、例えば、ダイヤモンドからなる被膜１１の表面硬度が、マイクロビッカース硬度（１０ｇ）でＨＶ１０００〜１００００であることが好適であり、被膜１１の厚みが０．３〜２０μｍであることが好適である。このようなダイヤモンドからなる被膜を有する工具は、被膜が高硬度であり、被膜厚みが厚い。そのため、工具の元来の寿命を長くすることができる。
Further, although not particularly limited, the
図３は、工具の摺動部表面の表面粗さ（Ｒａ）と摩擦係数（μ）との関係を示すグラフである。なお、図中の左側から１番目のプロットは、Ｒａ＝０．０３μｍ、μ＝０．０８であり、２番目のプロットは、Ｒａ＝０．１３μｍ、μ＝０．０８であり、３番目のプロットは、Ｒａ＝０．２５μｍ、μ＝０．１９であり、４番目のプロットは、Ｒａ＝０．３６μｍ、μ＝０．２９である。また、図中の左側から２番目のプロットは、後述する実施例１に相当する。さらに、図中の左側から１番目、３番目及び４番目のプロットは、実施例１の工具の摺動部表面の表面粗さを適宜調整したものである。 FIG. 3 is a graph showing the relationship between the surface roughness (Ra) of the sliding part surface of the tool and the friction coefficient (μ). The first plot from the left in the figure is Ra = 0.03 μm and μ = 0.08, and the second plot is Ra = 0.13 μm, μ = 0.08, and the third plot The plot is Ra = 0.25 μm, μ = 0.19, and the fourth plot is Ra = 0.36 μm, μ = 0.29. Further, the second plot from the left side in the figure corresponds to Example 1 described later. Further, the first, third, and fourth plots from the left in the figure are obtained by appropriately adjusting the surface roughness of the sliding portion surface of the tool of Example 1.
そして、特に限定されるものではないが、図３から、工具１０は、例えば、図中矢印Ｘで示すように、ダイヤモンドからなる被膜１１の表面粗さＲａが、０．１３μｍ以下であることが好適であることが分かる。また、現時点においては、表面粗さＲａが、０．０３〜０．１３μｍが好適であることが分かる。このようなダイヤモンドからなる被膜を有する工具は、図３に示すように摩擦係数（μ）を低減し得るため、被成形金属板への相手攻撃性が低い。その結果、工具で逐次成形される被成形金属板の表面粗さを低減することができる。
Although not particularly limited, from FIG. 3, the
また、特に限定されるものではないが、工具１０の基材としては、例えば、日本工業規格に規定される高速度工具鋼鋼材（ＳＫＨ）などの工具鋼、高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ）などの軸受鋼などからなる棒状の基材、超硬合金（タングステンカーバイド）からなる棒状の基材が好適である。このような棒状の基材に、例えば、水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって水素終端ダイヤモンド被膜を形成したものが好適である。水素終端ダイヤモンド被膜との密着性の観点から、超硬合金（タングステンカーバイド）からなる棒状の基材を適用することがより好適である。特に、ダイヤモンドの線膨張係数と近しいコバルト（Ｃｏ）含有量が５〜６質量％であるものが好適である。
Further, although not particularly limited, examples of the base material of the
また、特に限定されるものではないが、被成形金属板３０としては、例えば、マグネシウム（Ｍｇ）、アルミニウム（Ａｌ）、チタン（Ｔｉ）、バナジウム（Ｖ）、クロム（Ｃｒ）、マンガン（Ｍｎ）、鉄（Ｆｅ）、コバルト（Ｃｏ）、ニッケル（Ｎｉ）、亜鉛（Ｚｎ）、イットリウム（Ｙ）、ジルコニウム（Ｚｒ）、モリブデン（Ｍｏ）、ランタン（Ｌａ）若しくはタングステン（Ｗ）又はこれらを２種以上含むものが好適である。このような金属が含まれる被成形金属板においては、その表面に例えば酸素（Ｏ）を含む酸化被膜が形成されることとなるので、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Although not particularly limited, examples of the
さらに、特に限定されるものではないが、被成形金属板３０としては、代表的には、亜鉛めっき鋼板を適用することが好ましい。また、特に限定されるものではないが、亜鉛めっき鋼板としては、合金化亜鉛めっき鋼板（ＧＩ材）や合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ材）を好適例として挙げることができる。亜鉛（Ｚｎ）めっきは、その表面に酸素（Ｏ）を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable to apply a galvanized steel sheet as the
また、特に限定されるものではないが、被成形金属板３０としては、代表的には、アルミニウム合金板を適用することが好ましい。アルミニウム合金板（Ａｌ材）は、その表面に酸素（Ｏ）を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable that an aluminum alloy plate is typically applied as the
さらに、特に限定されるものではないが、被成形金属板３０としては、代表的には、鋼板（Ｓｔｅｅｌ材）を適用することが好ましい。また、特に限定されるものではないが、鋼板としては、高張力鋼板を好適例として挙げることができる。鋼板は、その表面に酸素（Ｏ）を含む酸化被膜を形成しているため、有機化合物の親水基を吸着しやすい。そのため、被成形金属板と工具との間により安定的な潤滑油膜が形成される。その結果、摩擦係数が低減し、工具の寿命を延ばすことができる。
Further, although not particularly limited, it is preferable to apply a steel plate (Steel material) as the
以下、本発明を実施例により更に詳細に説明するが、本発明はこれら実施例に限定されるものではない。 EXAMPLES Hereinafter, although an Example demonstrates this invention still in detail, this invention is not limited to these Examples.
（実施例１）
実施例１における工具に相当するピンとしては、日本工業規格に規定される超硬合金（タングステンカーバイド）に水素を含有するガスを用いた化学気相蒸着（ＣＶＤ）法によって水素終端ダイヤモンド被膜を形成したものを用いた。なお、水素終端ダイヤモンド被膜の表面粗さＲａは、研磨を施した後０．０３μｍである。
Example 1
As a pin corresponding to the tool in Example 1, a hydrogen-terminated diamond film is formed by a chemical vapor deposition (CVD) method using a gas containing hydrogen to a cemented carbide (tungsten carbide) defined in Japanese Industrial Standards. What was done was used. Note that the surface roughness Ra of the hydrogen-terminated diamond coating is 0.03 μm after polishing.
また、実施例１における被成形金属板に相当するディスクとしては、ＧＡ材からなるものを用いた。 Further, as a disk corresponding to the metal plate to be molded in Example 1, a disk made of GA material was used.
さらに、実施例１における潤滑油膜を形成する潤滑油としては、協同油脂株式会社製のエアルーブＳ−３３ＫＴ（組成：エステル１００％（天然油脂（植物油）＋合成エステル油（ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、１０質量％である。））、粘度（４０℃）：３３ｍｍ２／ｓ）を用いた。 Furthermore, as lubricating oil which forms the lubricating oil film in Example 1, Kyodo Yushi Co., Ltd. Airlube S-33KT (Composition: 100% ester (natural oil (vegetable oil) + synthetic ester oil (having hydroxyl group and carboxyl group) The content of the organic compound in the lubricating oil is 10% by mass.)), Viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s).
（実施例２）
実施例１におけるＧＡ材からなるディスクに替えて、Ａｌ材からなるディスクを用いたこと以外は、実施例１と同様のものを用いた。
(Example 2)
The same disk as in Example 1 was used except that a disk made of Al material was used instead of the disk made of GA material in Example 1.
（実施例３）
実施例１におけるＧＡ材からなるディスクに替えて、Ｓｔｅｅｌ材からなるディスクを用いたこと以外は、実施例１と同様のものを用いた。
Example 3
The same disk as that of Example 1 was used except that a disk made of Steel material was used instead of the disk made of GA material in Example 1.
（実施例４）
実施例１における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブＳ−３３ＫＴに鉱油を添加したもの（組成：鉱油；３０−５０％、エステル；５０−７０％（天然油脂（植物油）＋合成エステル油（ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、５質量％である。））、粘度（４０℃）：３３ｍｍ２／ｓ）を用いたこと以外は、実施例１と同様のものを用いた。
(Example 4)
In place of the lubricating oil in Example 1, mineral oil added to Kyodo Yushi Co., Ltd. Airlube S-33KT (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural oil (vegetable oil) + synthesis) Other than using ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass)), viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s) The same as in Example 1 was used.
（実施例５）
実施例２における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブＳ−３３ＫＴに鉱油を添加したもの（組成：鉱油；３０−５０％、エステル；５０−７０％（天然油脂（植物油）＋合成エステル油（ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、５質量％である。））、粘度（４０℃）：３３ｍｍ２／ｓ）を用いたこと以外は、実施例２と同様のものを用いた。
(Example 5)
What replaced mineral oil in Kyodo Yushi Co., Ltd. airlube S-33KT instead of the lubricating oil in Example 2 (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural oil (vegetable oil) + synthesis) Other than using ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass)), viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s) The same as in Example 2 was used.
（実施例６）
実施例３における潤滑油に替えて、協同油脂株式会社製のエアルーブＳ−３３ＫＴに鉱油を添加したもの（組成：鉱油；３０−５０％、エステル；５０−７０％（天然油脂（植物油）＋合成エステル油（ヒドロキシル基及びカルボキシル基を有する有機化合物からなる。潤滑油における有機化合物の含有量は、５質量％である。）、粘度（４０℃）：３３ｍｍ２／ｓ）を用いたこと以外は、実施例３と同様のものを用いた。
(Example 6)
In place of the lubricating oil in Example 3, mineral oil added to Kyodo Yushi Co., Ltd. Airlube S-33KT (composition: mineral oil; 30-50%, ester; 50-70% (natural oil (vegetable oil) + synthetic) Except for using ester oil (consisting of an organic compound having a hydroxyl group and a carboxyl group. The content of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass), viscosity (40 ° C.): 33 mm 2 / s). The same one as in Example 3 was used.
（比較例１）
実施例１における潤滑油を用いなかったこと以外は、実施例１と同様のものを用いた。つまり、潤滑油を用いない無潤滑状態（ｄｒｙ状態）である。
(Comparative Example 1)
The same thing as Example 1 was used except not having used lubricating oil in Example 1. That is, it is a non-lubricated state (dry state) in which no lubricating oil is used.
（比較例２）
実施例１におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）からなるピンを用いたこと以外は、実施例１と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 2)
Instead of the pin in Example 1, the same one as in Example 1 was used except that a pin made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) defined in Japanese Industrial Standard was used. That is, no hydrogen-terminated diamond film is formed.
（比較例３）
実施例３におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）からなるピンを用いたこと以外は、実施例３と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 3)
Instead of the pin in Example 3, the same one as in Example 3 was used except that a pin made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) specified in Japanese Industrial Standard was used. That is, no hydrogen-terminated diamond film is formed.
（比較例４）
実施例４におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）からなるピンを用いたこと以外は、実施例４と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 4)
Instead of the pin in Example 4, the same one as in Example 4 was used except that a pin made of high carbon chromium bearing steel (SUJ2) specified in Japanese Industrial Standard was used. That is, no hydrogen-terminated diamond film is formed.
（比較例５）
実施例６におけるピンに替えて、日本工業規格に規定される高炭素クロム軸受鋼鋼材（ＳＵＪ２）からなるピンを用いたこと以外は、実施例６と同様のものを用いた。つまり、水素終端ダイヤモンド被膜を形成していない。
(Comparative Example 5)
Instead of the pin in Example 6, the same one as in Example 6 was used except that a pin made of a high carbon chrome bearing steel (SUJ2) defined in Japanese Industrial Standard was used. That is, no hydrogen-terminated diamond film is formed.
［性能評価］
上記各例のピン、ディスク及び潤滑油の組み合わせについて、摩擦特性の評価を行った。摩擦試験にはピンオンディスク法を用いた。図４は、摩擦試験の概要を説明する斜視図である。図４に示すように、ディスクＤの上でピンＰを図中矢印Ｙで示すように摺動させた。また、図４に示すように、図中矢印Ｚで示す荷重をかけた。なお、荷重は５Ｎであり、面圧は５０ＭＰａであり、ピンの周速は０．３ｍ／ｓである。また、潤滑油は、試験前に１０μＬ滴下した。さらに、試験は、常温（２５℃）で行った。初期のなじみ効果を考慮して、試験開始から５分経過した時点の測定値を以ってその組み合わせの摩擦係数とみなした。各例の仕様の一部と得られた結果を図５に示す。
[Performance evaluation]
The friction characteristics of the combinations of pins, disks, and lubricating oils in the above examples were evaluated. The pin-on-disk method was used for the friction test. FIG. 4 is a perspective view for explaining the outline of the friction test. As shown in FIG. 4, the pin P was slid on the disk D as indicated by an arrow Y in the figure. Moreover, as shown in FIG. 4, the load shown by the arrow Z in the figure was applied. The load is 5 N, the surface pressure is 50 MPa, and the peripheral speed of the pin is 0.3 m / s. Further, 10 μL of lubricating oil was dropped before the test. Furthermore, the test was performed at normal temperature (25 ° C.). In consideration of the initial familiarity effect, the measured value at the time when 5 minutes passed from the start of the test was regarded as the friction coefficient of the combination. FIG. 5 shows a part of the specifications of each example and the obtained results.
図５は、各例の摩擦係数（μ）を示すグラフである。図５から、本発明の範囲に属する実施例１〜実施例６は、本発明外の比較例１〜比較例５より、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減していることが分かる。これにより、工具の寿命を延ばすことが可能となる。 FIG. 5 is a graph showing the friction coefficient (μ) of each example. From FIG. 5, Examples 1 to 6 belonging to the scope of the present invention have a reduced coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool compared to Comparative Examples 1 to 5 outside the present invention. I understand. Thereby, it becomes possible to extend the lifetime of a tool.
また、図６は、実施例１における工具の摺動部の表面形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果を示す原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。図６より、工具の摺動部の表面には、比較的大きな凹凸が観察され、親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油が吸着されていないことが確認できた。 FIG. 6 is an atomic force microscope (AFM) photograph showing the result of observing the surface shape of the sliding portion of the tool in Example 1 with an atomic force microscope (AFM). From FIG. 6, comparatively large unevenness | corrugations were observed on the surface of the sliding part of a tool, and it has confirmed that the lubricating oil containing the organic compound which has a hydrophilic group was not adsorb | sucked.
一方、図７は、実施例１における被成形金属板の表面形状を光学顕微鏡で観察した結果を示す光学顕微鏡写真である。また、図８は、実施例１における被成形金属板の表面形状を原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）で観察した結果を示す原子間力顕微鏡（ＡＦＭ）写真である。図７及び図８より、被成形金属板の表面には、大きな凹凸が観察されず、親水基を有する有機化合物の親水基が被成形金属板に吸着されて形成されたと考えられる吸着膜が確認できた。 On the other hand, FIG. 7 is an optical micrograph showing the result of observing the surface shape of the metal sheet in Example 1 with an optical microscope. FIG. 8 is an atomic force microscope (AFM) photograph showing the result of observing the surface shape of the metal sheet to be molded in Example 1 with an atomic force microscope (AFM). 7 and 8, no large irregularities are observed on the surface of the metal plate to be formed, and an adsorption film that is thought to be formed by adsorbing the hydrophilic group of an organic compound having a hydrophilic group to the metal plate to be formed is confirmed. did it.
つまり、実施例１、更には実施例２〜実施例６は、潤滑油膜が、有機化合物における親水基が被成形金属板に吸着されて形成される吸着膜を有しているため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 That is, in Example 1, and further in Examples 2 to 6, the lubricating oil film has an adsorption film formed by adsorbing the hydrophilic group in the organic compound to the metal sheet to be molded. It is also considered that the coefficient of friction between the plate and the tool is reduced.
また、実施例１〜実施例６は、有機化合物における親水基が、ヒドロキシル基及びカルボキシル基を含むため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Moreover, since the hydrophilic group in an organic compound contains a hydroxyl group and a carboxyl group in Example 1- Example 6, it is thought that the friction coefficient between a to-be-molded metal plate and a tool is reducing.
さらに、実施例１〜実施例６は、潤滑油における有機化合物の含有割合が、５質量％以上であるため、実施例１、実施例３は、潤滑油における有機化合物の含有割合が、１０質量％以上であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Furthermore, in Examples 1 to 6, since the content ratio of the organic compound in the lubricating oil is 5% by mass or more, in Examples 1 and 3, the content ratio of the organic compound in the lubricating oil is 10% by mass. % Or more, it is considered that the coefficient of friction between the metal sheet to be formed and the tool is reduced.
また、実施例１〜実施例６は、工具における上記ダイヤモンドからなる被膜の表面粗さＲａが、０．１３μｍ以下であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 In Examples 1 to 6, since the surface roughness Ra of the film made of diamond in the tool is 0.13 μm or less, the friction coefficient between the metal plate to be formed and the tool is reduced. You might also say that.
さらに、実施例１〜実施例６は、被成形金属板が、マグネシウム、アルミニウム、チタン、バナジウム、クロム、マンガン、鉄、コバルト、ニッケル、亜鉛、イットリウム、ジルコニウム、モリブデン、ランタン及びタングステンからなる群より選ばれた少なくとも１種を含むため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Furthermore, in Examples 1 to 6, the metal plate to be molded is made of magnesium, aluminum, titanium, vanadium, chromium, manganese, iron, cobalt, nickel, zinc, yttrium, zirconium, molybdenum, lanthanum, and tungsten. Since it contains at least one selected, it is considered that the friction coefficient between the metal plate to be formed and the tool is reduced.
また、実施例１、実施例４は、被成形金属板が、合金化溶融亜鉛めっき鋼板のような亜鉛めっき鋼板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 In Examples 1 and 4, since the metal plate to be formed is a galvanized steel plate such as an alloyed hot-dip galvanized steel plate, the friction coefficient between the metal plate to be formed and the tool is reduced. You might also say that.
さらに、実施例２、実施例５は、被成形金属板が、アルミニウム合金板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 Furthermore, in Example 2 and Example 5, since the metal plate to be formed is an aluminum alloy plate, it is considered that the friction coefficient between the metal plate to be formed and the tool is reduced.
また、実施例３、実施例６は、被成形金属板が、鋼板であるため、被成形金属板と工具との間の摩擦係数が低減しているとも考えられる。 In Example 3 and Example 6, since the metal plate to be formed is a steel plate, it is considered that the coefficient of friction between the metal plate to be formed and the tool is reduced.
以上、本発明を若干の実施形態及び実施例によって説明したが、本発明はこれらに限定されるものではなく、本発明の要旨の範囲内で種々の変形が可能である。 As mentioned above, although this invention was demonstrated with some embodiment and an Example, this invention is not limited to these, A various deformation | transformation is possible within the range of the summary of this invention.
１ 摺動機構
１０ 工具
１０ａ 摺動部
１１ 被膜
２０ 潤滑油膜
２１ 潤滑油
２３ 有機化合物
２３１ 親水基
２５ 吸着膜
３０ 被成形金属板
５０ 固定装置
５１ 固定具
５３ 可動具
Ｐ ピン
Ｄ ディスク
1 Sliding mechanism
DESCRIPTION OF
Claims (10)
上記摺動機構は、被成形金属板と、潤滑油膜を介して該被成形金属板を加圧成形する工具と、を備え、
上記工具は、少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有し、
上記潤滑油膜は、親水基を有する有機化合物を含有する潤滑油を含む
ことを特徴とする摺動機構。 A sliding mechanism used in sequential molding,
The sliding mechanism includes a metal plate to be formed, and a tool for pressure forming the metal plate to be formed through a lubricating oil film,
The tool has a coating made of diamond on at least the sliding part surface,
The sliding mechanism characterized in that the lubricating oil film contains a lubricating oil containing an organic compound having a hydrophilic group.
上記工具は、少なくとも摺動部表面にダイヤモンドからなる被膜を有し、
上記潤滑油は、親水基を有する有機化合物を含有する
ことを特徴とする逐次成形方法。 When sequentially forming a metal plate to be formed using a tool and lubricating oil, the metal plate and a tool for pressure forming the metal plate through a lubricating oil film formed by the lubricating oil, A sequential molding method using a sliding mechanism comprising:
The tool has a coating made of diamond on at least the sliding part surface,
The said lubricating oil contains the organic compound which has a hydrophilic group, The sequential molding method characterized by the above-mentioned.
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